Известность Велтистову, ведущему автору советской детской научной фантастики, принес цикл произведений о мальчике-роботе Электронике, копии школьника Сыроежкина — «Электроник — мальчик из чемодана. Повесть-фантазия» (1964), «Рэсси — неуловимый друг» (1970, 1971), «Победитель невозможного» (1975), «Новые приключения Электроника» (1984, переработка — 1988); по первым двум повестям снят популярный телефильм. Среди других произведений Велтистова, имеющих отношение к научной фантастике, — повесть о тупике, в который заводит сказочное «исполнение желаний», «Гум-Гам», 1970 (экранизирована в 1985); а также сборник повестей-сказок — «Миллион и один день каникул» (1979), «Классные и внеклассные приключения необыкновенных первоклассников» (1985). К научной фантастике Велтистова «для взрослых» относятся: повесть о близком будущем — «Глоток Солнца. Записки программиста Марта Снегова» (1967), в которой рассказывается о прибытии в Солнечную систему инопланетного звездолёта, управляемого компьютером, а также роман «Ноктюрн пустоты» (1988), описывающий заговор империалистов, угрожающих человечеству климатической войной; ранее опубликован вместе с предыдущей повестью в одном томе — сборнике "Ноктюрн пустоты "